Au cours de cette ´etape, les donn´ees PAR estim´ees par satellite sont g´en´er´es pour les donn´ees mesur´ees par les instruments `a bord des missions oc´eanographiques et pour les donn´ees estim´ees par les satellites de la couleur de l’eau. Les donn´ees du mod`ele de B´elanger sont produites `a l’aide de programmes ex´ecutables `a partir du serveur SRIMGSAT de l’UQAR alors que celles des satellites de la NASA seront extraites des produits standards de niveau 3 (L3) distribu´es sur le serveur Ocean Color2 `a l’aide du logiciel SeaDAS.
3.2.1 Estimations du PAR avec la m´ethode de B´elanger
B´elanger et al. (2013) ont d´evelopp´e une m´ethode d’estimation du PAR incident `a partir de satellites m´et´eorologiques en utilisant un code de transfert radiatif. Pour simuler le comportement de la lumi`ere dans l’atmosph`ere, le mod`ele de transfert radiatif SBDART est utilis´e car il a ´et´e beaucoup utilis´e et valid´e depuis sa cr´eation (Su et al., 2005; Su et al., 2007; Li et al., 2015). Pour les applications oc´eanographiques, les composantes
directes et diffuses de l’´eclairement sont calcul´ees spectralement. L’algorithme emploie SBDART pour g´en´erer les LUTs qui tiennent compte de l’´eclairement solaire extra- terrestre, de la r´eflectance de surface, du type d’a´erosol, de l’angle z´enithal solaire, de l’´epaisseur optique de l’ozone et de l’´epaisseur optique des nuages.
Pour obtenir la distribution spectrale des radiations au-dessus de la surface, on utilise la CF , qui sert `a pond´erer les composantes de ciel clair et nuageuse. Autrement dit, la fraction de ciel clair repr´esente une ´epaisseur nuageuse nulle alors que la fraction de ciel nuageux est caract´eris´e par une τcl issu des intrants satellitaires provenant de
l’ISCCP. Les LUTs donnent donc les variations spectrales sur 290 `a 700nm, mais seule la partie spectrale PAR est consid´er´ee pour la validation. Les conditions locales, `a un temps et une position g´eographique donn´es, sont d´eriv´es des produits FD-SRF des sa- tellites de l’ISCCP, lesquels sont produits `a partir d’AVHRR aux latitudes sup´erieures `
a 60˚N (Schweiger et al., 1999). On obtient de ces produits une vue globale de l’occur- rence et des propri´et´es optiques des nuages (CF et τcl) et de la concentration d’ozone
(O3) depuis le 1er juillet 1983 `a r´esolution spatiale de 280 km chaque 3 heures. Plutˆot
que de produire un calcul de transfert radiatif pour chaque pixel, la m´ethode B´elanger extrait les variables issus du pixel de l’image de l’ISCCP et recherche l’´el´ement cor- respondant dans la LUT. Un programme ´ecrit dans le langage Fortran, sert `a faire les interpolation dans les LUTs Ed. Il recherche la solution en fonction des param`etres in-
trants (l’´eclairement incident instantan´e selon une date, un moment et une position). L’estimation en dessous de la surface Ed(λ, 0−) suit le mˆeme sch´ema en invoquant une
partie suppl´ementaire qui traduit l’interface. Ainsi, l’utilisateur de la m´ethode n’a qu’`a sp´ecifier 5 param`etres d’entr´ee, soit l’ann´ee, le jour, l’heure, la latitude et la longitude pour obtenir l’´eclairement descendant instantan´e au-dessus ou en dessous de la surface. Pour notre premier exercice de validation, c’est `a partir de la position du navire qu’on recherche 24 estimations (1/heure) de PAR instantan´e pour tous les jours de donn´ees in situ. Chaque estimation instantan´ee est int´egr´ee selon la m´ethode de la somme des rectangles. La derni`ere heure de chaque jour est g´en´er´ee comme la premi`ere heure de la journ´ee qui suit avec la derni`ere position du navire pour la journ´ee.
3.2.2 Estimation PAR de SeaWiFS et MODIS
C’est le Ocean Biology Processing Group (OPBG) qui est en charge du traitement, de la calibration, de la validation, de l’archivage et de la distribution des produits enregistr´es par la NASA qui ont trait `a l’oc´ean. Ils fournissent de l’information sur la temp´erature de surface et de la salinit´e de l’eau, mais surtout de la couleur de l’eau.
Les images de la couleur de l’eau sont distribu´ees sous plusieurs niveau de traitements. Le nom des fichiers suit g´en´eralement le format AYYYYDDDHHMMSS, avec l’extension sur le niveau de traitement. Le niveau z´ero est celui provenant directement du satellite. Il peut ˆetre transform´e en niveau 1A en y joignant les donn´ees de calibration, de navi- gation et de t´el´em´etrie. Les fichiers `a ce niveau contiennent les luminances brutes. En format LAC (Local Area Coverage), la r´esolution est de 1.1km au nadir. Ces donn´ees serviront d’entr´ee pour la g´eolocalisation, l’´etalonnage et le traitement. Pour aller plus loin dans le traitement, les fichiers 1B et GEO sont g´en´er´es, contenant les luminances ´
etalonn´ees et g´eolocalis´ees ainsi que les s´emaphores de qualit´e, les erreurs estim´ees et la calibration. Chaque pixel peut alors transiter vers les produits de niveau 2 lorsque les fichiers compl´ementaires sont cr´e´es. Bien que les variables g´eophysiques standard (no- tamment le PAR) soient disponibles directement `a partir du mˆeme site, on peut aussi les cr´eer en sp´ecifiant certains param`etres personnalis´es (masques, donn´ees auxiliaires, corrections atmosph´eriques, seuil des flags) et finalement en appliquant ensuite les com- binaisons d´esir´ees avec le logiciel Seadas. Les produits qui suivent dans la hi´erarchie sont des composites spatio-temporel d´eriv´es. En vu de faire les produits standard de la NASA au niveau 2, des tests sont effectu´es sur chacun des pixels, activant ainsi certains s´emaphores de qualit´e. Si un s´emaphore de qualit´e est pr´esent, le masquage du pixel peut ˆetre appliqu´e et le pixel est enlev´e des donn´ees valides pour ne pas affecter `a tord les analyses subs´equentes qui seront fait sur le produit. Notamment, une carte de glace du NSIDC journali`ere sous-´echantillonn´ee `a partir de 25km de r´esolution (Near-Real-Time DMSP SSM/I-SSMIS Daily Polar Gridded Sea Ice concentration, (Maslanik et Stroeve, 1999)) est inclue dans les donn´ees auxiliaires. Si pour un pixel, la concentration de glace
de mer d´epasse 10%, le traitement standard le rendra invalide, assurant ainsi le contrˆole de qualit´e de l’image r´esultante. Le troisi`eme niveau (L3) est une int´egration temporelle et spatiale des donn´ees (r´esolution 9km) qui permet d’avoir des valeurs moyennent des variables g´eophysiques et parfois une meilleure couverture spatiale en r´eduisant les zones sans observation dues par exemple `a la glace. Les produits PAR SeaWIFS, MODIS-A et MODIS-T (ainsi que VIIRS3, MERIS4, CZCS5 et OCTS6) sont g´en´er´es par la mˆeme approche. En r´esum´e, les mesures satellitaires visibles sont converties en r´eflectances du syst`eme terrestre. La r´eflectance au sommet de l’atmosph`ere est corrig´ee pour l’absorp- tion et la diffusion du syst`eme atmosph`ere/surface (la transmittance de l’atmosph`ere est d´eriv´ee des mod`eles de correction atmosph´erique) et cette r´eflectance corrig´ee sert `
a produire l’alb´edo. Le syst`eme nuages/surface est pr´esum´e stable pendant la journ´ee. Il correspond `a celui observ´e par le satellite lors de son passage. Notons que le produit IPAR, en contraste au produit PAR, donne le PAR instantan´e par ciel clair `a l’heure de passage du satellite, plutˆot qu’une moyenne journali`ere.
En prenant les produits de niveau 1b, l’algorithme traite chaque pixel de mani`ere s´equentielle et m`ene `a une estimation de PAR journalier pour chaque pixel en niveau 2. Les pixels de terre et de glace n’ont pas la mˆeme r´eflectance que l’eau et ne sont pas trait´es. Les produits de niveau 2 sont agr´eg´es pour obtenir les produits niveau 3 globaux. Dans les hautes latitudes comme celles sur lesquelles nous travaillons, plusieurs estimations journali`eres peuvent ainsi ˆetre produites am´eliorant la fiabilit´e des produits moyenn´es. L’aggr´egation se fait selon la moyenne pond´er´ee du cosinus de l’angle z´enithal solaire du moment de passage du satellite. Le produit PAR BIN, plutˆot que PAR SMI est choisi pour faire la validation de la m´ethode B´elanger car elle conserve l’information
3. Visible Infrared Imaging Radiometer Suite 4. MEdium Resolution Imaging Spectrometer 5. Coastal Zone Color Scanner
du nombre de sc`enes qui constituent la valeur des pixels. La figure 3.9 est un exemple de produit PAR. Notez que mˆeme s’il s’agit d’une image g´en´er´ee au soltice d’´et´e, plusieurs pixels ne montrent pas de donn´ees puisqu’ils sont toujours couverts de glace.
Figure 3.9: PAR de MODIS-A pour le 21 juin 2004, t´el´echarg´e du site d’Ocean Color
L’ann´ee 2004 a ´et´e choisie pour la comparaison car plusieurs satellites (MODIS-A, MODIS-T et SeaWIFS ) sont disponibles. Lorsqu’on utilise le PAR journalier, tous les satellites sont suppos´es estimer la mˆeme valeur. Ainsi, pour un pixel journalier, en prenant la moyenne des estimations de chaque satellite, on ´elimine le biais du satellite dans le produit qui sert pour la comparaison. Rajoutons que les heures de passage des satellites choisis sont compl´ementaires. Modis-A passe l’´equateur en montant `a 13:30 , Modis-T passe l’´equateur en descendant `a 10:30 et SeaWIFS passse l’´equateur en descendant autour de midi. Il est `a noter que SeaWIFS ne poss`ede pas de r´egulateur d’orbite et que son orbite d´ecale vers l’apr`es-midi avec les ann´ees.
Seadas
L’exercice d’extraction des donn´ees PAR se fait par l’interm´ediaire du logiciel Seadas. Le nom Seadas vient de SeaWIFS Data Analysis System. Le logiciel a ´et´e con¸cu pour le traitement, l’affichage, l’analyse et le contrˆole de qualit´e des donn´ees de couleur de l’eau7. La derni`ere version (7.0.2) int`egre les logiciels BEAM et les version pr´ec´edentes de Seadas sur le mˆeme interface graphique. D’abord les images sont t´el´echarg´ees. Ces fichiers sont obtenus par le Goddard Space Flight Center via le site d’Ocean Color. La r´esolution spatiale des images SeaWIFS est environ 9.28km avec 2160 rang´ees de tuiles d’un pˆole `a l’autre pour un total de 5,940,422 pixels. Le nombre de tuiles par rang´ee d´ecroˆıt `a mesure que l’on s’approche des pˆoles. Les ajustements pour les cas o`u les tuiles n’arrivent pas juste sont balanc´es sur chacune des tuiles. Il y a 3 tuiles aux pˆoles. Les images MODIS sont `a r´esolution spatiale de 4.64km et sont transform´ees avec l’outil l3bin pour rejoindre la r´esolution de SeaWIFS. On peut ensuite les traiter par les scripts de Seadas. L‘utilisation de l’outil l3bindump facilite l’extraction des valeurs des pixels `a partir des images de niveau 3. Via un script shell, on passe `a l’outil les dates, le produit `
a extraire, la position et la distance radiale en vu d’obtenir les matchups (termes utilis´e pour d´ecrire la concomitance entre les donn´ees in situ et le produit satellitaire). En sortie, on obtient un fichier ascii avec les colonnes d´ecrites dans le tableau 3.3.
On fait finalement une op´eration d’union (Modis-A ∪ Modis-T ∪ SeaWIFS ) entre les ensembles des pixels issus d’images satellites pour chaque jour, c’est-`a-dire qu’on ne garde que les pixels qui sont valides pour les 3 satellites. Les estimations de la m´ethode B´elanger sont g´en´er´es sur les centro¨ıdes des pixels `a 9.28km de r´esolution spatiale.